Første bevis på ferroelektricitet i den enkleste aminosyre

Grænsen mellem elektronik og biologi udviskes med den første opdagelse af forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory for ferroelektriske egenskaber i en aminosyre kaldet glycin.

Et multiinstitutionelt forskerhold ledet af Andrei Kholkin fra University of Aveiro, Portugal, brugte en kombination af eksperimenter og modellering til at identificere og forklare tilstedeværelsen af ​​ferroelektricitet, en egenskab, hvor materialer ændrer deres polarisering, når der anvendes et elektrisk felt, i den enkleste kendte aminosyre - glycin.

"Opdagelsen af ​​ferroelektricitet åbner nye veje for nye klasser af bioelektronisk logik og hukommelsesenheder, hvor polarisationsskift bruges til at registrere og hente oplysninger i form af ferroelektriske domæner, "sagde medforfatter og seniorforsker ved ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences (CNMS) Sergei Kalinin.

Selvom visse biologiske molekyler som glycin vides at være piezoelektriske, et fænomen, hvor materialer reagerer på pres ved at producere elektricitet, ferroelektricitet er relativt sjælden inden for biologi. Dermed, forskere er stadig uklare om de potentielle anvendelser af ferroelektriske biomaterialer.

"Denne forskning hjælper med at bane vejen mod at bygge hukommelsesenheder lavet af molekyler, der allerede findes i vores kroppe, "Sagde Kholkin.

For eksempel, gør brug af evnen til at skifte polarisering gennem små elektriske felter kan hjælpe med at bygge nanorobots, der kan svømme gennem menneskeligt blod. Kalinin advarer om, at sådan nanoteknologi stadig er et stykke vej i fremtiden.

"Der er klart en meget lang vej fra at studere elektromekanisk kobling på molekylært niveau til at lave en nanomotor, der kan flyde gennem blod, "Sagde Kalinin." Men medmindre du har en måde at gøre denne motor til og studere den, der vil ikke være andet og tredje trin. Vores metode kan tilbyde en mulighed for kvantitativ og reproducerbar undersøgelse af denne elektromekaniske konvertering. "

Studiet, udgivet i Avancerede funktionelle materialer , bygger på tidligere forskning ved ORNL's CNMS, hvor Kalinin og andre udvikler nye værktøjer, såsom piezoresponse kraftmikroskopi anvendt i den eksperimentelle undersøgelse af glycin.

"Det viser sig, at piezoresponse force -mikroskopi er perfekt egnet til at observere de fine detaljer i biologiske systemer på nanoskalaen, "Kalinin sagde." Med denne type mikroskopi, du får evnen til at studere elektromekanisk bevægelse på niveau med et enkelt molekyle eller et lille antal molekylære samlinger. Denne skala er præcis der, hvor interessante ting kan ske. "

Kholkins laboratorium voksede de krystallinske prøver af glycin, der blev undersøgt af hans team og af ORNL -mikroskopigruppen. Ud over de eksperimentelle målinger, holdets teoretikere verificerede ferroelektriciteten med molekylære dynamiksimuleringer, der forklarede mekanismerne bag den observerede adfærd.